JPH10195035A - 脂肪族ニトリルの製造方法 - Google Patents

脂肪族ニトリルの製造方法

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JPH10195035A
JPH10195035A JP496597A JP496597A JPH10195035A JP H10195035 A JPH10195035 A JP H10195035A JP 496597 A JP496597 A JP 496597A JP 496597 A JP496597 A JP 496597A JP H10195035 A JPH10195035 A JP H10195035A
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zirconium oxide
aliphatic nitrile
reaction
metal
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JP496597A
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Hiromitsu Takaoka
弘光 高岡
Toshihiro Okada
年廣 岡田
Takeo Inagaki
毅夫 稲垣
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Lion Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 脂肪酸および脂肪酸アルキルエステルから選
ばれる少なくとも一つの分子とアンモニアとを、固体脱
水触媒および脱アルコール触媒から選ばれる少なくとも
一つの触媒の存在下に脱水または脱アルコール反応させ
て脂肪族ニトリルを製造する際、前記触媒として特定の
金属多価カチオンで被毒した酸化ジルコニウムを使用す
ることにより、高収率で脂肪族ニトリルを得る方法を提
供する。 【解決手段】 触媒として、アルミニウム、アンチモ
ン、亜鉛、ランタン、セリウム、バナジウム、ニオブ、
タンタル、クロム、マンガン、鉄、コバルトおよびニッ
ケルよりなる群から選ばれる少なくとも一つの元素で被
毒した酸化ジルコニウムを触媒として用いる。一例とし
て、酸化ジルコニウムペレットをデカン酸鉄を溶解させ
たクロロホルム溶液に浸漬させ、デカンテーション後、
乾燥、焼成し、鉄換算で 0.2重量%添加させて得られ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、各種衣料または毛
髪等に対し柔軟性と帯電防止性を付与するカチオン界面
活性剤の原料として有用な脂肪族ニトリルの製造方法に
関する。さらに詳しくは、特定の触媒を用いた脂肪族ニ
トリルの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に脂肪族ニトリルは、動植物油から
誘導される脂肪酸または/および脂肪酸アルキルエステ
ルとアンモニアとの反応により製造される。この脂肪族
ニトリルから各種脂肪族窒素誘導体が誘導できるが、特
に水素還元して誘導される脂肪族アミンをさらに四級化
することにより製造されるカチオン界面活性剤は、各種
衣料あるいは毛髪等に対し柔軟性と帯電防止性を付与す
ることができる有用な製品である。
【0003】脂肪族ニトリルを製造する方法としては、
脂肪酸またはその誘導体、特にエステルを原料とし、こ
れにアンモニアを反応させる方法が工業的規模で実施さ
れている。その反応形態としては、液相法と気相法とが
あるが、液相法の反応では適当な脱水または脱アルコー
ル触媒の存在下、脂肪酸またはその誘導体を加熱溶解さ
せ、この中にアンモニアガスを供給することによりバッ
チ式もしくは連続式で実施されている。一方、気相法の
反応では適当な形に成型した脱水または脱アルコール触
媒を反応塔に充填し、反応温度を維持しながら、予め気
化させた脂肪酸または脂肪酸誘導体とアンモニアとの混
合ガスを通過、接触させて反応する方法が広く行われて
いる。気相法により脂肪族ニトリルを製造する場合、そ
の触媒としては、アルミニウム、ケイ素、トリウム、チ
タン、モリブデン、タングステン、バナジウムなどの金
属の酸化物が知られている。しかし、これらの触媒は、
酸性度が強いため、反応活性が高い反面、不純物の副生
が多く、製品の品質が低下するという問題があった。製
品の品質低下の原因は、熱分解による高沸点化合物等の
副生である。さらに脂肪酸エステルを原料とする場合で
は、短鎖アルキルアミンやジアルキルエーテルが副生
し、アンモニアの再使用をも困難にする問題があった。
【0004】本発明者らは、すでに色調を改良したニト
リルを製造するための触媒として、アルカリまたはアル
カリ土類金属で被毒した酸化アルミニウム触媒を提案し
た(特開平4−283549号公報)。さらに、酸化ジ
ルコニウムをはじめとする特定の酸塩基両機能を有する
金属酸化物触媒を用いることも提案した(特開平4−2
08260号公報)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の技術において、脂肪酸および脂肪酸アルキルエステ
ルから選ばれる少なくとも一つの分子とアンモニアとか
ら、気相法で脂肪族ニトリルを製造する際には、品質を
低下させる副生物が問題であった。特に脂肪酸エステル
を原料とした場合には、副生する短鎖アルキルアミンや
ジアルキルエーテルがN−メチルアミド等の製品中の不
純物を増加させるだけではなく、回収アンモニアガスの
再使用を困難にし、経済性も低いという問題があった。
【0006】また、特開平4−283549号公報で提
案した方法は、副反応の活性点だけを特異的に被毒する
ことができず、反応活性を低下させずに副反応を抑制す
る触媒を調製することは困難であった。また特開平4−
208260号公報で提案した方法も、さらに副反応を
抑制する改良が望まれていた。
【0007】本発明は、脂肪酸および脂肪酸アルキルエ
ステルから選ばれる少なくとも一つの分子のいずれの原
料を用いた場合にも工業的に有利に脂肪族ニトリルを製
造する方法を提供することにあり、具体的には特定の金
属による被毒処理を施した酸化ジルコニウムを触媒とし
て使用し、高収率で脂肪族ニトリルを得ることができる
製造方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の脂肪族ニトリルの製造方法は、脂肪酸およ
び脂肪酸アルキルエステルから選ばれる少なくとも一つ
の分子とアンモニアとを、固体脱水触媒および脱アルコ
ール触媒から選ばれる少なくとも一つの触媒の存在下に
脱水または脱アルコール反応させて脂肪族ニトリルを製
造する方法において、前記触媒として、副生物の生成に
関与する酸性を示さない、金属多価カチオンで被毒した
酸化ジルコニウムを使用することを特徴とする。
【0009】前記方法においては、金属多価カチオン
が、アルミニウム、アンチモン、亜鉛、ランタン、セリ
ウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、マンガ
ン、鉄、コバルトおよびニッケルよりなる群から選ばれ
る少なくとも一つの元素であることが好ましい。
【0010】また前記方法においては、金属多価カチオ
ンと酸化ジルコニウムが、複合酸化物を形成しているこ
とが好ましい。
【0011】また前記方法においては、金属多価カチオ
ンが、水酸化物、塩化物、無機酸塩、有機酸塩及びアル
コキシドから選ばれる少なくとも一つの形態で酸化ジル
コニウムに添加され、かつ添加する金属の量が、酸化ジ
ルコニウム重量に対し金属当たり0.01〜5重量%の
範囲であることが好ましい。
【0012】また前記方法においては、脱水または脱ア
ルコール反応が、気相反応であることが好ましい。
【0013】
【発明の実施の形態】本発明の好ましい例によれば、触
媒の存在下、脂肪酸および/または脂肪酸アルキルエス
テルとアンモニアとを気相状態で反応させて脂肪族ニト
リルを製造するにあたり、前記触媒として、アルミニウ
ム、アンチモン、亜鉛、ランタン、セリウム、バナジウ
ム、ニオブ、タンタル、クロム、マンガン、鉄、コバル
ト、およびニッケルよりなる群から選ばれる1種、また
は2種以上の元素を含む酸化ジルコニウムを用いる。
【0014】本発明において原料として用いるカルボン
酸およびそのアルキルエステルは、直鎖または分岐した
炭素数6〜22の飽和または不飽和脂肪酸モノカルボン
酸もしくはジカルボン酸またはそれらのアルキルエステ
ルである。脂肪酸アルキルエステルにおけるアルコール
残基は、炭素数が1〜4の範囲であるアルキル基である
ことが好ましい。これらの脂肪酸またはそのエステル
は、各々単独または1種以上混合して使用することもで
きる。
【0015】本発明で用いられるカルボン酸およびその
アルキルエステルの具体例としては、例えば、カプロン
酸、カプリル酸、ペラルゴン酸、カプリン酸、ウンデカ
ン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステ
アリン酸、アラキン酸、ベヘン酸、ジメチルオクタン
酸、ヘキセン酸、オクテン酸、デセン酸、ドデセン酸、
テトラデセン酸、ヘキサデセン酸、オクタデセン酸(オ
レイン酸)、エイコセン酸、ドコセン酸(エルカ酸)、
アジピン酸、ピメリン酸、スペリン酸、アゼライン酸、
セバシン酸、デカメチレンジカルボン酸、ヘキサデカメ
チレンジカルボン酸、オクサデカメチレンジカルボン
酸、エイコサメチレンジカルボン酸、およびそれらの脂
肪酸のメチルエステル、エチルエステル、イソプロピル
エステル、n-ブチルエステル、t-ブチルエステルなどが
あげられる。
【0016】本発明で使用する触媒としては、特定金属
を添加せしめた酸化ジルコニウムがあげられる。添加し
た金属の一部、またはすべてはジルコニウムとの複合酸
化物を形成していると推定されるが、この複合酸化物
が、副生物の生成に関与するような酸性を示さないよう
に、添加金属を選ぶことが重要である。田部らは金属の
原子価と配位数との過不足から、複合酸化物の酸性発現
を推定する仮説を報告している(Bull.Chem.Soc.Jpn,4
7,1064(1974).)が、この仮説に基づく計算を行った場
合に、ジルコニアとの複合酸化物が電荷の偏りを生じな
い金属を選ぶことが好ましい。例えば、アルミニウム、
亜鉛、クロム、鉄、コバルトおよびニッケルよりなる群
から選ばれる1種、または2種以上の元素を含む酸化ジ
ルコニウムである。
【0017】これらの触媒の調製方法は、特に限定され
るものではなく、含浸法、共沈法、混練法、スプレード
ライ法など一般に触媒調製分野で知られている公知の方
法を用いることができる。
【0018】酸化ジルコニウムに添加せしめる金属の出
発物質はどのような形態のものでもよいが、それぞれの
成分の水酸化物、塩化物、無機酸塩、有機酸塩、アルコ
キシド等を用いることができる。例えば、含浸法にて触
媒を調製する場合には、溶媒への溶解性がよく、残存物
の影響が小さい、硝酸塩、酢酸塩、金属石鹸等を使用す
ることができる。添加する金属の量は、酸化ジルコニウ
ム重量に対し金属当たり0.01〜5重量%、好ましくは0.
05〜1重量%を含む。
【0019】触媒の形態は、粉体、球状、ペレットなど
いかなる形状でも用いることができる。ジルコニアの比
表面積は1〜500m2/gで、好ましくは10m2/g以上である
ものが良い。
【0020】反応は、反応装置に記載の触媒を充填して
行う。触媒層は固定床でも流動床でも良い。本発明の方
法を実施する原料として用いる脂肪酸またはそのアルキ
ルエステルを蒸発させ、アンモニアガスと混合して触媒
層内を連続的に流通させながら反応させる。反応温度は
200〜400℃、好ましくは250〜350℃の範囲で行う。反応
時の圧力は、通常やや加圧された状態で行うが、常圧で
も良い。反応混合物の触媒層における平均滞留時間は、
通常1秒〜5分程度である。反応生成物は公知または周
知の方法により気液分離され、製品として得られる。気
体成分として回収されたアンモニアは、気体状の副生物
が抑えられていることから、再び反応系に戻すことが可
能である。
【0021】本発明において、カルボン酸を出発原料と
するときは、下記式(化1)のように反応が進み、エス
テルを出発原料とするときは、下記式(化2)のように
反応が進む。
【0022】
【化1】
【0023】
【化2】
【0024】
【実施例】次に実施例により本発明をさらに詳細に説明
するが、本発明はこれらの例によってなんら限定される
ものではない。
【0025】[比較例1]市販の酸化ジルコニウムペレ
ット(第一稀元素化学工業社製:比表面積40m2/g)を触
媒として使用した。内径10mm、長さ30mmのステンレス製
反応管の中央部に所定の触媒1gを充填した。この反応管
を垂直に固定し、上部からアンモニアガスを500ml/hr,
予め気化させたラウリン酸メチル(エステル化合物)を
1g/hrの速度で連続的に供給し、ほぼ常圧下、300℃で反
応させた。この時の平均滞留時間は4.7秒であった。
得られた反応ガスを120℃に冷却した後、気液分離器に
より分離し、ニトリル液と非凝縮ガスとに分離した。こ
れらのニトリル液と非凝縮ガスをガスクロマトグラフィ
ーによって組成分析し、ニトリル収率と製品および回収
アンモニアガス中の副生物量を測定した。結果を表1に
示す。
【0026】[実施例1]市販の酸化ジルコニウムペレ
ット(第一稀元素化学工業社製:比表面積40m2/g)をデ
カン酸鉄を溶解させたクロロホルム溶液に浸漬させ、デ
カンテーション後、乾燥、焼成し、鉄換算で 0.2重量%
添加せしめ、これを触媒として使用した。反応は比較例
1と同じ方法にて実施した。結果を表1に示す。
【0027】[実施例2]市販の酸化ジルコニウムペレ
ット(第一稀元素化学工業社製:比表面積40m2/g)を硝
酸鉄水溶液に浸漬させ、デカンテーション後、乾燥、焼
成し、鉄換算で 0.4重量%添加せしめ、これを触媒とし
て使用した。反応は比較例1と同じ方法にて実施した。
結果を表1に示す。
【0028】[実施例3]市販の酸化ジルコニウムペレ
ット(第一稀元素化学工業社製:比表面積40m2/g)を硝
酸ニッケル水溶液に浸漬させ、デカンテーション後、乾
燥、焼成し、ニッケル換算で 0.4重量%添加せしめ、こ
れを触媒として使用した。反応は比較例1と同じ方法に
て実施した。結果を表1に示す。
【0029】[実施例4]市販の酸化ジルコニウムペレ
ット(第一稀元素化学工業社製:比表面積40m2/g)を硝
酸クロム水溶液に浸漬させ、デカンテーション後、乾
燥、焼成し、クロム換算で 0.4重量%添加せしめ、これ
を触媒として使用した。反応は比較例1と同じ方法にて
実施した。結果を表1に示す。
【0030】[比較例2]市販の酸化ジルコニウム粉末
(第一稀元素化学工業社製:比表面積90m2/g)を600℃
で焼成し触媒として使用した。反応は比較例1と同じ方
法にて実施した。結果を表1に示す。
【0031】[実施例5]市販の酸化ジルコニウム粉末
(第一稀元素化学工業社製:比表面積90m2/g)を600℃
で焼成し、これをクエン酸鉄アンモニウム水溶液に浸漬
させ、濾過、乾燥、焼成、成型し、鉄換算で 0.4重量%
添加せしめたものを触媒として使用した。反応は比較例
1と同じ方法にて実施した。結果を表1に示す。
【0032】
【表1】
【0033】表1から明らかな通り本発明の実施例は、
副生物の生成を抑制し、高収率で脂肪族ニトリルを得る
ことが確認できた。
【0034】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明の脂肪族ニト
リルの製造方法によれば、脂肪酸および脂肪酸アルキル
エステルから選ばれる少なくとも一つの分子とアンモニ
アとを、固体脱水触媒および脱アルコール触媒から選ば
れる少なくとも一つの触媒の存在下に脱水または脱アル
コール反応させて脂肪族ニトリルを製造する方法におい
て、前記触媒として、副生物の生成に関与する酸性を示
さない、金属多価カチオンで被毒された酸化ジルコニウ
ムを使用することにより、高収率で脂肪族ニトリルを得
ることができる。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 脂肪酸および脂肪酸アルキルエステルか
    ら選ばれる少なくとも一つの分子とアンモニアとを、固
    体脱水触媒および脱アルコール触媒から選ばれる少なく
    とも一つの触媒の存在下に脱水または脱アルコール反応
    させて脂肪族ニトリルを製造する方法において、前記触
    媒として、副生物の生成に関与する酸性を示さない、金
    属多価カチオンで被毒した酸化ジルコニウムを使用する
    ことを特徴とする脂肪族ニトリルの製造方法。
  2. 【請求項2】 金属多価カチオンが、アルミニウム、ア
    ンチモン、亜鉛、ランタン、セリウム、バナジウム、ニ
    オブ、タンタル、クロム、マンガン、鉄、コバルトおよ
    びニッケルよりなる群から選ばれる少なくとも一つの元
    素である請求項1に記載の脂肪族ニトリルの製造方法。
  3. 【請求項3】 金属多価カチオンと酸化ジルコニウム
    が、複合酸化物を形成している請求項1に記載の脂肪族
    ニトリルの製造方法。
  4. 【請求項4】 金属多価カチオンが、水酸化物、塩化
    物、無機酸塩、有機酸塩及びアルコキシドから選ばれる
    少なくとも一つの形態で酸化ジルコニウムに添加され、
    かつ添加する金属の量が、酸化ジルコニウム重量に対し
    金属当たり0.01〜5重量%の範囲である請求項1に
    記載の脂肪族ニトリルの製造方法。
  5. 【請求項5】 脱水または脱アルコール反応が、気相反
    応である請求項1に記載の脂肪族ニトリルの製造方法。
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